THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
0,85f'c
A's.f'y
As2.fy
450
50 2@175=350 50
As1.fy
50 2@175=350 50
450
PHẠM TRUNG OÁNH
Trang 1
Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
2
Bộ môn Địa Kỹ
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
GVHD :
Sinh viên :
Lớp
:
Mã sv
:
Đề bài :
…………………….
Phạm Trung Oánh
Cầu Hầm - K50
0919247
7-6-2
A-YÊU CẦU CHUNG
1. Thuyết minh
Lựa chọn loại cọc, cấu tạo và kiểm toán móng cọc về cường độ và lún (khổ A4).
2. Bản vẽ
Bố trí chung, cốt thép cọc và mối nối cọc (khổ A3).
HÌNH CHIẾU TRỤ CẦU
PHẠM TRUNG OÁNH
Trang 3
Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Hình chiếu dọc trụ cầu
Bộ môn Địa Kỹ
Hình chiếu ngang trụ cầu
b=?
450
H
ttr
=?
80
60
Hb = ?
800
MNTT
Cao ®é ®Ønh trô
H
tt
H
ttr
=?
150
25
a=?
Hb = ?
a=?
MNTN
b=?
170
60
80
120
25
25
Hình: 1 Mô hình chung kết cấu trụ cầu (đơn vị: cm)
4
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
B- SỐ LIỆU THIẾT KẾ
1. Tải trọng
Tải trọng
N – Tĩnh tải thẳng đứng
N – Hoạt tải thẳng đứng
H - Hoạt tải nằm ngang
M - Hoạt tải mô men
Tổ hợp tải trọng
Đơn vị
KN
KN
KN
KN.m
Giá trị
5800
4000
110
700
Ngang cầu
2. Điều kiện thủy văn và chiều dài nhịp.
Tên gọi
Đơn vị
Số liệu
MNCN
m
7,10
MNTN
m
2,70
MNTT
m
4,40
Chiều cao thông thuyền
m
3,50
Cao độ mặt đất tự nhiên
m
0.00
Cao độ mặt đất sau xói lở
m
-1,90
Chiều dài nhịp tính toán
m
32,40
3. Điều kiện địa chất
TT
Đơn
vị
%
Lớp
1
21,5
Lớp
2
28,9
Lớp
3
15,8
TT
1
Chỉ
tiêu
W
11
Chỉ
tiêu
IL
Đơn
vị
-
Lớp
1
0,14
Lớp
2
0,56
Lớp
3
<0
2
γw
kN/m3
19,3
17,8
21,4
12
ϕ
độ
18̊51’
8̊38’
23̊47’
3
γd
kN/m3
15,9
13,8
18,5
13
c
kN/m2
44,2
14,7
43,6
4
γs
kN/m3
27,0
26,9
27,0
14
ϕUU
độ
0̊00’
0̊00’
0̊00’
5
e0
-
0,45
9
31,5
15
cUU
kN/m2
48,9
21,3
49,7
%
0,698 0,94
9
41,1 48,7
6
n
16
Cc
-
0,22
0,25
0,16
7
Sr
%
93,2
98,9
100
17
Cr
-
0,028
0,027
0,024
8
WL
%
35,8
34,0
28,1
18
σ
kN/m2
356,0
187,0
424,0
9
WP
%
19,1
22,3
16,0
19
ε 50
-
0,03
0,03
0,03
10
IP
%
16,7
11,7
12,1
PHẦN I : BÁO CÁO KHẢO SÁT ĐỊA CHẤT CÔNG TRÌNH
PHẠM TRUNG OÁNH
Trang 5
Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
CẤU TRÚC ĐỊA CHẤT VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CÁC LỚP ĐẤT
Các ký hiệu sử dụng trong tính toán:
γ
γs
γn
W
WL
Wp
a
k
n
e
Sr
c
: Trọng lượng riêng của đất tự nhiên (kN/m3)
: Trọng lượng riêng của hạt đất (kN/m3
: Trọng lượng riêng của nước ( γ n = 9,81kN/m3)
: Độ ẩm (%)
: Giới hạn chảy (%)
: Giới hạn dẻo (%)
: Hệ số nén (m2/kN)
: Hệ số thấm (m/s)
: Độ rỗng
: Hệ số rỗng
: Độ bão
: Lực dính đơn vị (kN/m2)
: Tỷ trọng của đất (độ)
: Tỷ trọng của đất
Theo số liệu khảo sát địa chất công trình và các kết quả thí nghiệm, ta có các lớp đất
với đặc điểm như sau:
1. Lớp số 1: Lớp đất sét màu xám vàng, nâu đỏ; lớp này có bề dày 2,5 m; cao độ mặt
lớp là 0,00 m; cao độ đáy là -2,5 m. Lớp đất có độ ẩm W = 21,5%; độ bão hòa Sr =
93,2. Lớp đất ở trạng thái nửa cứng có độ sệt IL = 0,14.
2. Lớp số 2: Lớp đất sét pha màu xám, trạng thái dẻo mềm; chiều dày 16,8 m; cao độ
mặt lớp là -2,50m; cao độ đáy là -19,30 m. Lớp đất có độ ẩm W = 28.9%, độ bão hòa
Sr = 98,9. Lớp đất ở trạng thái mềm có độ sệt IL = 0,56.
3. Lớp số 3: Lớp đất sét pha, màu xám vàng, nâu đỏ, chiều dày 14,7 m; cao độ mặt
lớp là -19,30 m, cao độ đáy lớp là -34,00 m. Lớp đất có độ ẩm W = 15,8%; độ bão hòa
Sr = 100. Lớp đất ở trạng thái cứng có độ sệt IL <0.
⇒
Nhận xét:
1- Điều kiện địa chất công trình trong phạm vi khảo sát tương đối phức tạp , có 3 lớp
đất, các lớp đất có tính chất cơ lý rất khác nhau.
2-Lớp đất số 1 là lớp đất dễ bị xói khi xây dựng trụ cầu tại đây.
3-Lớp đất số 3 có chỉ số SPT tương đối lớn và chỉ số độ sệt I l < 0 nên đặt mũi cọc tại
lớp này.
⇒
Kiến nghị:
1- Với đặc điểm địa chất công trình tại đây, nên sử dụng giải pháp móng cọc đường
kính nhỏ bằng BTCT cho công trình cầu và lấy lớp đất số 3 làm tầng dựa đầu cọc.
2- Nên để cho cọc ngập vào trong lớp đất số 3 để tận dụng khả năng ma sát của cọc.
6
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
PHẦN II : THIẾT KẾ KỸ THUẬT
I. LỰA CHỌN KÍCH THƯỚC CÔNG TRÌNH VÀ BỐ TRÍ CỌC TRONG MÓNG
1. Lựa chọn các cao độ và các kích thước
a
a
SƠ ĐỒ BỐ TRÍ CHUNG TRỤ CẦU
1.1. Cao độ đỉnh trụ (CĐĐT):
Vị trí xây dựng trụ cầu ở xa bờ và phải đảm bảo thông thuyền và sự thay đổi
mực nước giữa MNCN và MNTN là tương đối cao. Xét cả điều kiện mỹ quan trên
sông, ta chọn các giá trị cao độ như sau:
MNCN + 1(m )
max
− 0,30( m).
MNTT + H tt
Cao độ đỉnh trụ chọn như sau:
Trong đó:
+ MNCN: Mực nước cao nhất, MNCN = 7,10 (m).
+ MNTT: Mực nước thông thuyền, MNTT = 4,40 (m).
+ H tt : Chiều cao thông thuyền, H tt = 3,50 (m).
Ta có : max(7,10 + 1; 4,40 + 3,50) – 0,30 = max(8,10; 7,90) – 0,30 = 7,80 (m).
=> Cao độ đỉnh trụ: CĐĐT = + 7,80 (m).
1.2. Cao độ mặt bệ(CĐMB):
Vị trí xây dựng trụ cầu nằm ở khu vực sông có thông thuyền. Sự thay đổi cao độ
giữa MNCN và MNTN là tương đối lớn .Để tạo mỹ quan sông , ta chọn cao độ đỉnh
bệ thấp theo điều kiện sau :
CĐMB ≤ MNTN – 0,50(m) = 2,70 – 0,50 = 2,20 (m).
Trong đó :
CĐMB : Cao độ mặt bệ
MNTN : Mực nước thấp nhất
=>
Vậy ta chọn: CĐMB = +2,00 (m).
1.3. Cao độ đáy bệ(CĐĐB):
Ta chọn bệ có chiều dày là : Hb = 2,00 (m).
Do đó đáy bệ có cao độ là :
CĐĐB = CĐMB - Hb.
Trong đó :
PHẠM TRUNG OÁNH
Trang 7
Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
CĐĐB : Cao độ đáy bệ
CĐMB : Cao độ mặt bệ
Hb
⇒
: Chiều dày bệ móng
CĐĐB = 2,20 – 2,00 = 0,00 (m).
=> Vậy đáy bệ có cao độ là : CĐĐB = 0,00 (m).
1.4. Chọn kích thước và cao độ mũi cọc(CĐMC):
Theo tính chất của công trình là cầu có tải trọng truyền xuống móng là tương đối
lớn, địa chất có lớp đất chịu lực nằm cách mặt đất khá sâu(lớp đất 3 có cao độ mặt lớp
là -19,30 m) và không phải là tầng đá gốc, nên ta chọn giải pháp móng là móng cọc ma
sát BTCT.
Chọn cọc bê tông cốt thép đúc sẵn, cọc có kích thước là 0,45.0,45 (m2).
Cọc được ngàm vào trong lớp đất thứ 3 là lớp đất sét pha ở trạng thái cứng và
phải đảm bảo các điều kiện theo quy định(mũi cọc phải được ngàm vào lớp chịu lực
tối thiểu là 5d = 2,25 (m)).Ta chọn cao độ đặt mũi cọc là :
CĐMC = - 31,00 (m).
Như vậy cọc được ngàm vào lớp đất 3 với độ sâu là 11,70 (m).
1.4.1. Xác định chiều dài cọc:
Chiều dài cọc được xác định :
Lc = CĐĐB – CĐMC = 0,00 – ( - 31,00) = 31,00 (m).
Vậy cọc được thiết kế có chiều dài là 31,00 (m).
Trong đó :
CĐĐB = 0,00 (m)
: Cao độ đáy bệ
CĐMC = -31,00 (m) : Cao độ mũi cọc
1.4.2. Kiểm tra kích thước cọc:
Kích thước cọc phải thoả mãn yêu cầu về độ mảnh theo quy định :
L
31, 00
Lc
30 < c =
= 68, 89 < 70
≤ 70
0, 45 0, 45
d
⇒
⇒ Vậy kích thước cọc đã chọn thỏa mãn yêu cầu về độ mảnh.
Cọc được ngàm vào bệ 1,00 (m). ⇒ Tổng chiều dài đúc cọc là :
30 ≤
L = Lc + 1,00 = 31,00 + 1,00 = 32,00 (m).
Cọc được tổ hợp từ 3 đốt cọc với tổng chiều dài đúc cọc là :
L = 32,00 (m) = 11,00 (m) + 11,00 (m) + 10,00 (m).
Như vậy đốt thân có chiều dài là 11 m và đốt mũi có chiều dài là 10 m. Các đốt cọc sẽ
được nối với nhau bằng hàn trong quá trình thi công đóng cọc.
1.5. Chiều dày mũ trụ(CDMT):
Chiều dày mũ trụ là: CDMT = 0,80 + 0,06 = 1,40 (m).
8
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
2. Lập tổ hợp tải trọng tại đỉnh bệ ứng với MNTN
Số liệu đề cho như sau :
Ntt = 5800(kN) : Lực thẳng đứng theo TTGHSD do tĩnh tải tác dụng tại đỉnh trụ.
Nht = 4000(kN) : Lực thẳng đứng theo TTGHSD do hoạt tải tác dụng tại đỉnh trụ.
Hht = 110(kN) : Lực ngang theo TTGHSD do hoạt tải tác dụng theo phương ngang cầu.
Mht = 700(kN.m) : Mômen theo TTGHSD do hoạt tải tác dụng theo phương ngang cầu.
bt = 24,50(kN/m3) : Trọng lượng riêng của bê tông.
n
= 9,81(kN/m3) : Trọng lượng riêng của nước
nh
= 1,75
: Hệ số tải trọng do hoạt tải.
nt
= 1,25
: Hệ số tải trọng do tĩnh tải.
2.1.Tính toán thể tích trụ:
MNTN
MNCN
Cao ®é ®Ønh trô
H
tt
V
1
V
2
V
3
V
3
V
2
V
1
Cao ®é ®¸y dÇm
MNTT
30
Hình chiếu trụ cầu
2.1.1. Chiều cao của trụ Hc (m ):
Hc = CĐĐT – CDMT – CĐMB
Trong đó : CĐĐT = 7,80 (m) : Cao độ đỉnh trụ.
CDMT = 1,40 (m) : Chiều dày mũ trụ.
CĐMB = 2,00 (m) : Cao độ mặt bệ.
⇒ Hc = 7,8 – 1,40 – 2,00 = 4,40 (m).
2.1.2. Diện tích tiết diện ngang trụ:
PHẠM TRUNG OÁNH
Trang 9
Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
π .1, 202
Str =
+ ( 4, 50 − 1, 20 ) .1, 20 ÷ = 5, 091( m 2 ).
4
2.1.3. Thể tích toàn phần của trụ( không kể bệ cọc ):
Thể tích toàn phần của trụ được xác định như sau :
V = V1 + V 2 + V3
Trong đó :
V1 = 1, 70.8, 00.0, 80 = 10, 88( m 3 ).
V2 =
1
( 5, 00 + 8, 00 ) .0, 60.1, 70 = 6, 63(m 3 ).
2
V3 = Str . Hc = 4, 40.5, 091 = 22, 40( m 3 ).
⇒
V = 10,88 + 6,63 + 22,40 = 39,91 (m3).
2.1.4. Thể tích phần trụ ngập nước( không kể bệ cọc ):
Vnn = Str .( MNTN − C§MB)=5,091.(2,70-2,00)=3,56(m 3 ).
2.2. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
( có xét đến lực đẩy của nước)
2.2.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
(
)
N1C® = n .N + nt . Ntt + γ . V − γ n . Vnn
h ht
bt
N1C® = 1, 75.4000 + 1, 25. ( 5800 + 24 , 5.39, 91) − 9, 81.3, 56
N1C® = 15437, 32( kN ).
2.2.2. Tải trọng ngang ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
H1C® = n . H = 1, 75.110 = 192, 50(kN ).
h ht
2.2.3. Mômen ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
M1C® = n . M + n . H . ( C§§T-C§MB )
h ht
h ht
M1C® = 1, 75.700 + 1, 75.110. ( 7, 80 − 2, 00 )
M1C® = 2341, 5(kN . m ).
Trong đó :
CĐĐT = 7,80 (m) : Cao độ đỉnh trụ.
CĐMB = 2,00 (m) : Cao độ mặt bệ.
2.3. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
2.3.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
10
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
N1SD = N + Ntt + γ . V − γ n . Vnn
ht
bt
N1SD = 4000 + 5800 + 24, 5.39.91 − 9, 81.3, 56
N1SD = 10742, 87( kN ).
2.3.2. Tải trọng ngang ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
H1SD = H
ht
= 110(kN ).
2.3.3. Mômen ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đỉnh bệ:
M1SD = M + H . ( C§§T-C§MB )
ht
ht
M1SD = 700 + 110. ( 7, 80 − 2, 00 ) = 1338( kN . m ).
2.4. Lập bảng tổ hợp tải trọng:
Tên tải trọng
Đơn vị
TTGHCĐI
TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng
kN
15437,32
10742,87
Tải trọng ngang
kN
192,5
110
kN.m
2341,5
1338
Mômen
3. Xác định sức kháng nén dọc trục của cọc đơn:
Sức chịu tải dọc trục của cọc đơn được xác định theo điều kiện sau :
Qrtt = min { Pr ; Qr }
Trong đó :
Pr : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu.
Qr : Sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền.
Chú ý: Trong thực tế người ta sẽ thiết kế sao cho
Pr > Qr ⇒ Qrtt = Qr
.
3.1. Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo vật liệu:
Chọn vật liệu:
+ Tiết diện của cọc hình vuông: 0,45(m) x 0,45 (m).
+ Cọc bê tông cốt thép.
+ Bê tông có f’c = 30 Mpa.
+ Cốt thép ASTM A615M có fy = 420 Mpa
Bố trí cốt thép trong cọc :
PHẠM TRUNG OÁNH
Trang 11
Cầu Hầm _ K50
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
+ Cốt chủ : Chọn thép 22, bố trí 8 thanh xuyên suốt chiều dài cọc.
+ Cốt đai : Chọn thép 8, bố trí ở giữa thân đốt khoảng cách bước của cốt thép
đai là 15 cm, ở đầu và cuối mỗi đốt khoảng cách cốt thép đai dầy hơn, khoảng 5 cm,
gần đầu mũi cọc cũng như gần đầu mỗi đốt bố trí khoảng cách này là 10 cm
Mặt cắt ngang cọc bê tông cốt thép
Sức kháng tính toán của cấu kiện bê tông cốt thép chịu nén đối xướng qua các trục
chính được xác định như sau :
Pr = ϕ . Pn
Trong đó :
Đối với cấu kiện có cốt thép đai thường :
Pn = 0, 8 0, 85. fc' . ( Ag − Ast ) + fy . Ast
Ở đây :
Pr : Sức kháng lực dọc trục tính toán có hoặc không có uốn (N).
Pn : Sức kháng lực dọc trục danh định có hoặc không có uốn (N).
f’c : Cường độ quy định của bê tông ở tuổi 28 ngày, f’c = 30 (MPa).
fy : Giới hạn chảy quy định của cốt thép (MPa), fy = 420 (MPa).
Ag : Diện tích nguyên của mặt cắt ( mm2).
Ast : Diện tích nguyên của các cốt thép (mm2).
ϕ : Hệ số sức kháng ( ϕ = 0,75).
Ta có :
Ag = 450.450 = 202500(mm2 ).
Ast = 8.387 = 3096( mm2 ).
Vậy ta có :
Pr = ϕ .Pn = 0, 75.0,8. 0,85.30. ( 202500 − 3096 ) + 420.3096
= 3831073,2( N ) = 3831,07( kN ).
3.2. Xác định sức kháng nén dọc trục tính toán của cọc theo đất nền:
Sức kháng đỡ tính toán của các cọc QR được tính như sau :
Qr = ϕ .Qn = ϕ qp .Qp + ϕ qs .Qs
Với :
Qp = q p . Ap
12
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
Qs = qs . As
Trong đó :
Qp : Sức kháng mũi cọc (N).
Qs : Sức kháng thân cọc (N).
qp : Sức kháng đơn vị mũi cọc (MPa).
qs : Sức kháng đơn vị thân cọc (MPa).
Ap : Diện tích mũi cọc (mm2).
As : Diện tích bề mặt thân cọc (mm2).
ϕqp
: Hệ số sức kháng đối với sức kháng mũi cọc quy định
Đất ở mũi cọc là đất dính( đất sét): ⇒
ϕ
qp
= 0, 7.λv = 0, 7.0, 8 = 0, 56
v
(λ : Giá trị phụ thuộc vào phương pháp kiểm tra thi công các cọc và
đánh giá khả năng chịu tải của chúng trong và sau khi đóng cọc vào đất sẽ được quy
v
định trong các hồ sơ thầu. Ta lấy λ = 0,8 là giá trị bất lợi nhất để tính toán.)
ϕqs
: Hệ số sức kháng đối với sức kháng thân cọc quy định.
Đất ở thân cọc ở cả 3 lớp đều là đất dính(đất sét):
⇒
ϕ
qs
= 0, 7.λv = 0, 7.0, 8 = 0, 56
3.2.1. Sức kháng thân cọc:
Do thân cọc ngàm trong 3 lớp đất, đều là lớp đất dính(đất sét) nên ta tính q s phương
theo phương pháp .
Ma sát đơn vị bề mặt danh định (MPa) có thể được xác định bằng công thức :
qs = α . Su
Trong đó:
Su : Cường độ kháng cắt không thoát nước trung bình (MPa).
α : Hệ số kết dính áp dụng cho Su (DIM).
Db
Hệ số dính α phụ thuộc vào Su và tỷ số D và hệ số dính α được tra bảng theo tiêu
chuẩn thiết kế cầu 22TCN 272-05.
Đồng thời ta cũng có sự tham khảo công thức xác định α của API như sau :
- Nếu
Su < 25 kPa ⇒ α = 1,00
PHẠM TRUNG OÁNH
K50
Trang 13
Cầu Hầm _
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
S − 25kPa
α = 1 − 0,50. u
÷
50kPa
25 kPa < Su < 75 kPa ⇒
Su > 75 kPa ⇒ α = 0,50
- Nếu
- Nếu
- Lớp đất 1:
Vì lớp đất chịu lực là lớp sét cứng và trên nó không còn lớp đất nào nên ta tra α
theo biểu đồ tương ứng gần với sơ đồ làm việc của nó là sơ đồ ở hình 3 trong quy trình
và giá trị Db = (- 1900) - (- 2500) = 600 (mm) (ta xét sau xói có cao độ mặt đất là
-1,9m.)
Ta có :
Db 600 4
=
=
D 450 3
Su = Cuu = 48,9 kN/m2 = 48,9 kPa = 0.0489 MPa
Víi D b = 10D ⇒ α = 0,94
Víi D = 20D ⇒ α = 1,00
b
⇒
Víi D b =
Tiến hành nội suy ta có :
4
4
1,00-0,94
D ⇒ α = 1,00-
20 D − D ÷ = 0,888
÷
3
3
20D-10D
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API ta có :
25kPa < Su = 48,9kPa < 75kPa
⇒
48,9 − 25
α = 1 − 0,5
÷ = 0,761
50
Do đó ta lấy hệ số dính α = 0,761.
Ma sát đơn vị bề mặt danh định của lớp 1 là :
q
s1
= α .Su = 0,761.48,9 = 37, 21( kN / m 2 ).
Diện tích bề mặt thân cọc trong lớp 1 là :
As1 = 4.0, 45. ( ( −1,90 ) − ( −2,50 ) ) = 1,08(m 2 ).
- Lớp đất 2 :
Vì lớp đất chịu lực là lớp sét cứng và trên nó là lớp sét nửa cứng nên ta tra α
theo biểu đồ tương ứng gần với sơ đồ làm việc của nó là sơ đồ ở hình 3 trong quy trình
và giá trị Db = ( - 1900 ) – ( - 19300 ) = 17400 (mm).
Ta có :
Db 17400 116
=
=
D
450
3
14
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
Su = Cuu = 21,3 (kN/m2) =21,3 (kPa) = 0,0213 (MPa).
Víi D b = 10D ⇒ α = 1,00
Víi D = 20D ⇒ α = 1,00
b
⇒
Víi D b =
Tiến hành nội suy ta có :
116
116
1,00-1,00
D ⇒ α = 1,00-
20 D −
D ÷ = 1,00
÷
3
3
20D-10D
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API ta có :
Su = 21,3kPa < 25kPa ⇒ α = 1,00
Do đó ta lấy hệ số dính α = 1,00
Ma sát đơn vị bề mặt danh định của lớp 2 là :
q
s2
= α .Su = 1,00.21,3 = 21,30( kN / m2 ).
Diện tích bề mặt thân cọc trong lớp 2 là :
As 2 = 4.0, 45. ( ( −2,50 ) − ( −19,30 ) ) = 30, 24( m 2 ).
- Lớp đất 3 :
Vì lớp đất chịu lực là lớp sét cứng và trên nó là lớp sét dẻo mềm nên theo quan
điểm của Tominson ta tra α theo biểu đồ tương ứng gần với sơ đồ làm việc của nó là
sơ đồ ở hình 2 trong quy trình và giá trị của Db = (-19300) - (-31000) = 11700 (mm).
Ta có :
Db 11700
=
= 26
D
450
Su = Cuu = 49,7 (kN/m2) = 49,7 (kPa) = 0,0497 (MPa).
Víi D b = 10D ⇒ α = 0,42
Víi D = 20D ⇒ α = 0,76
b
⇒
Tiến hành nội suy ta có :
0,76-0,42
Víi D b = 26D ⇒ α = 0,76-
÷( 20 D − 26 D ) = 0,96
20D-10D
Đồng thời ta cũng tham khảo công thức xác định α của API ta có :
25kPa < Su = 49,7kPa < 75kPa
⇒
49,7 − 25
α = 1 − 0,5
÷ = 0,753
50
PHẠM TRUNG OÁNH
K50
Trang 15
Cầu Hầm _
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
Do đó ta chọn hệ số dính α = 0,753
Ma sát đơn vị bề mặt danh định của lớp 3 là :
q
s3
= α .Su = 0,753.49,7 = 37, 42( kN / m2 ).
Diện tích bề mặt thân cọc trong lớp 3 là :
As 3 = 4.0, 45. ( ( −19,30 ) − ( −31,00 ) ) = 21,06( m 2 ).
Do đó ta có bảng tính sức kháng thân cọc của các lớp đất như sau :
Tên lớp
Chiều dày
(m)
Diện tích
mặt cọc
Su = Cuu
Hệ số α
(kN/m2)
qs
Qs
(kN/m2)
(kN)
2
(m )
1
0,60
1,08
48,9
0,761
37,21
40,19
2
16,8
30,24
21,3
1,00
21,30
644,11
3
9,70
21,06
49,7
0,753
37,42
788,07
Tổng
1472,37
3.2.2. Sức kháng mũi cọc:
- Sức kháng đơn vị mũi cọc trong đất sét bão hoà (MPa) được tính như sau :
qp = 9 Su
Su : Cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc (MPa).
Theo đề ra ta có cường độ kháng cắt không thoát nước của sét gần chân cọc là :
Su = 49, 7( kN / m 2 ) =0,0497 (Mpa).
⇒
q p = 9.0, 0497 = 0, 4473( Mpa ).
- Tính diện tích mũi cọc Ap :
Ap = 450.450 = 202500(mm 2 ).
⇒ Sức kháng mũi cọc là :
Q p = q p . Ap = 0, 4473.202500 = 90578( N ) = 90,58(kN ).
Vậy sức chịu tải của cọc theo đất nền là :
Qr = 0,56.1472,37 + 0,56.90,58 = 875, 25( kN ).
Sức chịu tải thiết kế của cọc là :
16
Qtt = min { 3831, 07;875, 25} = 875, 25(kN ).
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
4. Xác định số lượng cọc và bố trí cọc trong móng
4.1. Xác định số lượng cọc:
Số lượng cọc trong móng được xác định theo điều kiện sau :
n yc ≥
N1C® 15437,32
=
= 17,64
Qr
875,25
⇒ Chọn số cọc thiết kế là : n = 28 (cọc).
4.2. Bố trí cọc trong móng:
Theo quy trình 22TCN 272-05 thì yêu cầu về bố trí cọc như sau :
-
Khoảng cách tim giữa hai hàng cọc liền nhau ít nhất là 2,5d hay 750 mm lấy giá
trị nào lớn hơn (d là đương kính cọc).
Khoảng cách từ mép cọc ngoài cùng đến mép bệ : ≥ 225 (mm).
(Thực tế khoảng cách từ mép cọc ra ngoài mép bệ lấy ≥ 250 (mm).)
Với n = 24 cọc được bố trí theo dạng lưới ô vuông trên mặt bằng và được bố trí thẳng
đứng trên mặt đứng, với các thông số :
+ Số hàng cọc theo phương dọc cầu là 7. Khoảng cách tìm các hàng cọc theo
phương dọc cầu là 1200 (mm).
+ Số hàng cọc theo phương ngang cầu là 4. Khoảng cách tim các hàng cọc theo
phương ngang cầu là 1200 (mm).
+ Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo cả hai phương dọc cầu và
ngang cầu là 500 (mm).
Ta có bố trị cọc trên mặt bằng:
PHẠM TRUNG OÁNH
K50
Trang 17
Cầu Hầm _
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
500
Bộ môn Địa Kỹ
500
500
4600
3x1200
500
6x1200
8200
5. Lập tổ hợp tải trọng tác dụng lên đáy bệ
5.1. Kích thước bệ cọc sau khi đã bố trí cọc:
Theo phương dọc cầu:
B=a.(m-1)+2.c =1200.(4-1) + 2.500 = 4600 (mm).
1
Theo phương ngang cầu:
L=b.(n-1)+2.c =1200.(7-1)+2.500 = 8200 (mm).
2
Trong đó :
n = 4 : Số hàng cọc theo phương dọc cầu.
m = 7 : Số hàng cọc theo phương ngang cầu.
c1 = 500 (mm) : Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương
dọc cầu.
c2 = 500 (mm) : Khoảng cách từ tim cọc ngoài cùng đến mép bệ theo phương
ngang cầu.
a = 1200 (mm) : Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương dọc cầu.
b = 1200 (mm) : Khoảng cách tim các hàng cọc theo phương ngang cầu.
5.2. Tính thể tích bệ cọc:
Vb = L. B. Hb = 8, 20.4, 60.2 , 00 = 75, 44(m 3 ).
5.3. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
5.3.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
(
)
N2C® = N1C® + nt .γ − γ n . Vb
bt
N2C® = 15437, 32 + ( 1, 25.24, 5 − 9, 81) .75, 44
18
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
N2C® = 17008, 36(kN ).
5.3.2. Tải trọng ngang ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
H2C® = H1C® = 192, 50(kN ).
5.3.3. Mômen ở TTGHCĐI theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
M2c® = M1c® + H1c® . Hb
M2c® = 2341, 50 + 192, 50.2
M2c® = 2726, 50(kN . m ).
5.4. Lập tổ hợp tải trọng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
5.4.1. Tải trọng thẳng đứng ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
(
N2SD = N1SD + γ
bt
)
− γ n .V
b
N2SD = 10742, 87 + ( 24, 5 − 9, 81) .75, 44
N2SD = 11851, 08(kN ).
5.4.2. Tải trọng ngang ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
H2SD = H2SD = 110(kN ).
5.4.3. Mômen ở TTGHSD theo phương ngang cầu tại đáy bệ:
M2SD = M1SD + H1SD . Hb
M2SD = 1338 + 110.2 = 1558( kN . m ).
5.5. Lập bảng tổ hợp tải trọng :
Tên tải trọng
Đơn vị
TTGHCĐI
TTGHSD
Tải trọng thẳng đứng
kN
17008,36
11851,08
Tải trọng ngang
kN
192,5
110
kN.m
2726,5
1558
Mômen
II. KIỂM TOÁN MÓNG THEO TTGHCĐ I
1. Xác định nội lực tác dụng lên từng cọc
Nội lực tác dụng lên đầu cọc được tính toán bằng phần mềm PB-pier :
PHẠM TRUNG OÁNH
K50
Trang 19
Cầu Hầm _
THIẾT KẾ MÔN HỌC NỀN MÓNG
Thuật
Bộ môn Địa Kỹ
**********************************************
***** Final Maximums for all load cases *****
**********************************************
Result Type
Value
Load
Comb.
Pile
*** Maximum pile forces ***
Max shear in 2 direction
0.1089E+02 KN
1
0
16
Max shear in 3 direction
0.7680E+01 KN
1
0
26
Max moment about 2 axis
0.1755E+01
KN-M
1
0
26
Max moment about 3 axis
-0.2298E+01
KN-M
1
0
16
Max axial force
-0.7777E+03 KN
1
0
13
0
0
0
Max torsional force
0.0000E+00
KN-M
Max demand/capacity ratio
0.2171E+00
1
0
13
Max axial soil force
0.8257E+02 KN
1
0
13
Max lateral in X direction
0.8003E+01 KN
1
0
16
Max lateral in Y direction
-0.5430E+01 KN
1
0
26
Max torsional soil force
-0.9049E-02
1
0
24
*** Maximum soil forces ***
KN-M
Kết luận : Nội lực dọc trục lớn nhất trong cọc là : Nmax = 777,70 (kN).
Được thể hiện trên hình sau :
2. Kiểm toán sức kháng dọc trục của cọc đơn
Công thức kiểm toán nội lực đầu cọc như sau :
Nmax + ∆N ≤ Qtt
Trong đó :
Nmax : Nội lực tác dụng lên 1 cọc lớn nhất. Nmax = 777,70 (kN).
∆N : Trọng lượng bản thân cọc. Ta có :
∆N = ( γ bt − γ n ) × Vcoc
Với : γ bt : trọng lượng riêng của bê tông.
γ n : trọng lượng riêng của nước
γ bt = 24,50 ( kN / m 3 )
γ n = 9,81(kN / m3 )
Vcoc : Thể tich một cọc.
Vcoc = Lc .d 2 = 31,00.0,452 = 6,28 ( m 3 )
20
- Xem thêm -
.PDF 
39 
2570 
51 
